第九章沖擊機構(gòu)

1、一一 沖擊機構(gòu)的功用沖擊機構(gòu)的功用 用于驅(qū)動沖擊鉆頭破碎巖石，實現(xiàn)鉆孔的目的，另外還可以利用它進用于驅(qū)動沖擊鉆頭破碎巖石，實現(xiàn)鉆孔的目的，另外還可以利用它進行標(biāo)貫試驗和其它工作。行標(biāo)貫試驗和其它工作。二二 對沖擊機構(gòu)的要求對沖擊機構(gòu)的要求1. 保證鉆頭破碎巖石所需的沖擊能量；保證鉆頭破碎巖石所需的沖擊能量；2. 可根據(jù)地層情況，方便的調(diào)節(jié)沖程及沖次；可根據(jù)地層情況，方便的調(diào)節(jié)沖程及沖次；3. 盡量減少載荷的波動幅度，改善動力機的工作條件；盡量減少載荷的波動幅度，改善動力機的工作條件；4. 工作時鉆機的振動小。工作時鉆機的振動小。三三 沖擊機構(gòu)的類型沖擊機構(gòu)的類型 機械式機械式 曲柄連桿曲柄連桿

2、-游梁式游梁式類型類型 超越離合器式超越離合器式 氣動離合氣動離合- 卷筒式卷筒式 液壓式液壓式 液壓缸液壓缸-游梁式游梁式 液壓缸液壓缸-鋼絲繩式鋼絲繩式一一 結(jié)構(gòu)與工作原理結(jié)構(gòu)與工作原理 該沖擊機構(gòu)是有工具卷筒、沖擊齒輪、曲該沖擊機構(gòu)是有工具卷筒、沖擊齒輪、曲柄、連桿、游梁、壓輪、導(dǎo)向輪、沖擊鋼絲繩柄、連桿、游梁、壓輪、導(dǎo)向輪、沖擊鋼絲繩等組成。等組成。 該機構(gòu)在鉆孔時，沖擊齒輪被驅(qū)動，通過該機構(gòu)在鉆孔時，沖擊齒輪被驅(qū)動，通過曲柄、連桿帶動游梁作上下擺動。沖擊鋼絲繩曲柄、連桿帶動游梁作上下擺動。沖擊鋼絲繩一端固定在工具卷筒上，另一端繞過導(dǎo)向滑輪、一端固定在工具卷筒上，另一端繞過導(dǎo)向滑輪、壓

3、輪及鉆塔上的天車后，用鉛封方式連接到?jīng)_壓輪及鉆塔上的天車后，用鉛封方式連接到?jīng)_擊鉆頭的可轉(zhuǎn)動接頭上。游梁一端鉸支在支撐擊鉆頭的可轉(zhuǎn)動接頭上。游梁一端鉸支在支撐架上，在連桿的帶動下，繞連接銷上下擺動。架上，在連桿的帶動下，繞連接銷上下擺動。當(dāng)游梁下擺時，壓輪將沖擊鋼絲繩下拉，而將當(dāng)游梁下擺時，壓輪將沖擊鋼絲繩下拉，而將沖擊鉆頭提起，當(dāng)游梁向上擺動時，壓輪放松沖擊鉆頭提起，當(dāng)游梁向上擺動時，壓輪放松鋼絲繩，沖擊鉆頭自由落體運動。游梁到達上鋼絲繩，沖擊鉆頭自由落體運動。游梁到達上死點時，沖擊鉆頭下落到孔底，沖擊巖石，達死點時，沖擊鉆頭下落到孔底，沖擊巖石，達到破碎巖石目的。到破碎巖石目的。 設(shè)游梁下

4、擺時曲柄轉(zhuǎn)過的角度為設(shè)游梁下擺時曲柄轉(zhuǎn)過的角度為 2，游梁上擺時轉(zhuǎn)過的角度為，游梁上擺時轉(zhuǎn)過的角度為 1。由圖中可以看出：對心式結(jié)構(gòu)的由圖中可以看出：對心式結(jié)構(gòu)的 2= 1，而偏心式結(jié)構(gòu)的而偏心式結(jié)構(gòu)的 2 1。偏心式結(jié)構(gòu)對減小載荷波動有利，且有利沖擊過程鉆具的下落運動。偏心式結(jié)構(gòu)對減小載荷波動有利，且有利沖擊過程鉆具的下落運動。 曲柄連桿曲柄連桿-游梁式?jīng)_擊機構(gòu)按照連桿與游梁的連接位置不同，游梁式?jīng)_擊機構(gòu)按照連桿與游梁的連接位置不同，可分為對心式和偏心式。見圖。可分為對心式和偏心式。見圖。 cossin)cos1(2rarvrs 將將s 代入代入s0 式，即可得到式，即可得到 b 點點( 懸

5、點懸點) 的位的位移移 s0 、速度、速度 0 和加速和加速a0 的計算公式：的計算公式： cossin)cos1(2101010rllarllvrlls s1ll0sbb1BB1 設(shè)機構(gòu)的有關(guān)尺寸如圖所示。根據(jù)設(shè)機構(gòu)的有關(guān)尺寸如圖所示。根據(jù)圖示結(jié)構(gòu)和尺寸可得：圖示結(jié)構(gòu)和尺寸可得：slls10 實際結(jié)構(gòu)中實際結(jié)構(gòu)中 的長度較大，且游梁的擺角的長度較大，且游梁的擺角很小，故很小，故B 點的運動可用下列式子描述點的運動可用下列式子描述：l 將兩種曲柄連桿沖擊機構(gòu)懸點的運動的位移、速度、加速度曲線描將兩種曲柄連桿沖擊機構(gòu)懸點的運動的位移、速度、加速度曲線描繪到一副圖中，則如下圖所示：繪到一副圖中，則

6、如下圖所示： 鉆頭在沖擊過程的下落運動，如果不考慮孔內(nèi)的各種阻力，可鉆頭在沖擊過程的下落運動，如果不考慮孔內(nèi)的各種阻力，可以認(rèn)為是勻加速運動。其運動行程可用下面的公式計算：以認(rèn)為是勻加速運動。其運動行程可用下面的公式計算：221atSzt 由此可以看出鉆頭的運動規(guī)律和機構(gòu)的運動規(guī)律是不一致的?？變?nèi)由此可以看出鉆頭的運動規(guī)律和機構(gòu)的運動規(guī)律是不一致的?？變?nèi)的鉆具的實際運動因受到孔壁的阻力、泥漿的粘度、巖粉的多少等的鉆具的實際運動因受到孔壁的阻力、泥漿的粘度、巖粉的多少等因素的影響，其運動更為復(fù)雜。在鉆具下落過程中，鉆具的運動和因素的影響，其運動更為復(fù)雜。在鉆具下落過程中，鉆具的運動和機構(gòu)的運動可

7、能出現(xiàn)下列三種情況：機構(gòu)的運動可能出現(xiàn)下列三種情況：1.理想情況理想情況2.阻滯情況阻滯情況3.空打情況空打情況mn2 23 2 SABS1 2 3 結(jié)構(gòu)簡單結(jié)構(gòu)簡單;2. 沖程較大沖程較大; 有幾種沖程可供調(diào)節(jié)有幾種沖程可供調(diào)節(jié); 有均衡載荷作用有均衡載荷作用, 載荷的波動幅度較小載荷的波動幅度較小; 對機構(gòu)和鉆具運動的同步性要求高對機構(gòu)和鉆具運動的同步性要求高; 減振彈簧易損壞。減振彈簧易損壞。由圖中的關(guān)系可知由圖中的關(guān)系可知:)1()1(2222 lh其中其中l(wèi)elr ,滑快在極限位置時，對應(yīng)曲柄所夾的銳滑快在極限位置時，對應(yīng)曲柄所夾的銳角為角為: 1cos1cosarar鉆頭一次沖擊循

8、環(huán)所用的時間為：鉆頭一次沖擊循環(huán)所用的時間為：nttt6021 對于對心式的機構(gòu)：對于對心式的機構(gòu)：ntt3021 對于偏心式的機構(gòu)：對于偏心式的機構(gòu)：ntnt663601211 對于柴油機驅(qū)動，因載荷的不均勻，鉆具下落時負(fù)載小，曲柄的角對于柴油機驅(qū)動，因載荷的不均勻，鉆具下落時負(fù)載小，曲柄的角速度會略大于提升時的角速度，因此需加系數(shù)速度會略大于提升時的角速度，因此需加系數(shù)故故, 9 . 0, 1 . 121 kknktnkt66)360(122111 不考慮鉆具下落時孔內(nèi)的各種阻力，鉆具應(yīng)為自由落體運動。因此：不考慮鉆具下落時孔內(nèi)的各種阻力，鉆具應(yīng)為自由落體運動。因此：ahnt2612 故合

9、理的沖次應(yīng)為：故合理的沖次應(yīng)為：2111)(118. 0han (暫不考慮暫不考慮k2)8 . 07 . 0 1022mvKN 考慮孔內(nèi)各種阻力系數(shù)：考慮孔內(nèi)各種阻力系數(shù)：3 . 11 . 1 k k vm鉆具的質(zhì)量鉆具的質(zhì)量鉆具的提升速度鉆具的提升速度沖擊機構(gòu)的效率沖擊機構(gòu)的效率l 為了分析，將機構(gòu)簡化為圖示結(jié)構(gòu)，并設(shè)定圖中標(biāo)出的相應(yīng)參為了分析，將機構(gòu)簡化為圖示結(jié)構(gòu)，并設(shè)定圖中標(biāo)出的相應(yīng)參數(shù)。可得：數(shù)?？傻茫?cos2022201elrellAC )cos(2222 elellDA則總長則總長)cos(2cos2220222021 elelelrelllL由于由于21222122 llllL

10、 ,221的變化很小的變化很小且且ll的極值點的極值點21ll 以以:,minmax2時的曲柄轉(zhuǎn)角時的曲柄轉(zhuǎn)角和和求導(dǎo)后的到求導(dǎo)后的到的極值點的極值點代替代替LLL cos1sin10kktg 0llk 00022545190或或時，時，且，且當(dāng)當(dāng) k鉆具的提升高度（即沖程）為：鉆具的提升高度（即沖程）為：00minmax LLLLh 通過分析，可以得出此種機構(gòu)的特點有：通過分析，可以得出此種機構(gòu)的特點有：1.通過改變通過改變角的大小改變沖程角的大小改變沖程h。2.由于機構(gòu)的結(jié)構(gòu)原因，曲柄回轉(zhuǎn)一周，由于機構(gòu)的結(jié)構(gòu)原因，曲柄回轉(zhuǎn)一周，l1及及l(fā)2的變化規(guī)律不同，鉆的變化規(guī)律不同，鉆具在機構(gòu)的帶動

11、下的運動是復(fù)雜的變速運動。具在機構(gòu)的帶動下的運動是復(fù)雜的變速運動。3.存在載荷不均衡的問題；存在載荷不均衡的問題；4.只要機構(gòu)中鏈輪的速度保持適當(dāng)?shù)牡退?，鉆具就能有效地沖擊破只要機構(gòu)中鏈輪的速度保持適當(dāng)?shù)牡退?，鉆具就能有效地沖擊破碎巖石。碎巖石。經(jīng)推導(dǎo)后可得出鉆具沖程的計算公式經(jīng)推導(dǎo)后可得出鉆具沖程的計算公式:)cos21cos21(2000 lrlrlrh (1) 該機構(gòu)采用雙繩提拉鉆具該機構(gòu)采用雙繩提拉鉆具,適用于大口徑?jīng)_擊反循環(huán)鉆進適用于大口徑?jīng)_擊反循環(huán)鉆進;(2) 利用時間繼電器控制電磁換向，實現(xiàn)自動控制沖擊，并利用時利用時間繼電器控制電磁換向，實現(xiàn)自動控制沖擊，并利用時間繼電器無級調(diào)

12、節(jié)沖程和沖擊頻率；間繼電器無級調(diào)節(jié)沖程和沖擊頻率；(3) 該沖擊機構(gòu)的兩個沖擊液壓缸裝在移動式回轉(zhuǎn)器的箱體上，且該沖擊機構(gòu)的兩個沖擊液壓缸裝在移動式回轉(zhuǎn)器的箱體上，且回轉(zhuǎn)器在沖擊鉆進時是由給進液壓缸支撐。沖擊鉆進時產(chǎn)生的震回轉(zhuǎn)器在沖擊鉆進時是由給進液壓缸支撐。沖擊鉆進時產(chǎn)生的震動力，一部分由給進液壓缸吸收，一部分則通過鉆具傳到孔底，動力，一部分由給進液壓缸吸收，一部分則通過鉆具傳到孔底，因此鉆機機架的震動很小因此鉆機機架的震動很小;(4) 該機構(gòu)在鉆具下落過程中，繩輪和活塞一起隨鉆具下落。為減該機構(gòu)在鉆具下落過程中，繩輪和活塞一起隨鉆具下落。為減小活塞下落的阻力，設(shè)計時采取了以下措施小活塞下落的阻力，設(shè)計時采取了以下措施: a) 活塞上裝有專門的板閥。活塞下落時，板閥開啟。下腔的大活